1. Тепловой расчет рабочего цикла двигателя

2.1. Процесс наполнения

Тепловой расчет рабочего двигателя выполняется после выбора дополни­тельных параметров. Следует учесть, что ошибка при определении од­ного из параметров влечет за собой искажение результатов всего расчета. В связи с этим рекомендуется полученные значения сопоставлять с аналогичными, имеющимися в литературе. Численные расчеты необходимо проводить с точностью до третьей значащей цифры.

Процесс характеризуется следующими основными параметрами: давле­нием p_r и температурой Т_a заряда в конце процесса наполнения - начала сжа­тия; давлением p_r и температурой T_r остаточных газов; коэффициентом оста­точных газов _r; коэффициентом наполнения _V.

Давление заряда в конце наполнения р_а. Давление p_а(МПа) определяют пре­небрегая незначительным изменением плотности свежего заряда при его движении во впускной системе и принимая начальную скорость воздуха _в=0

, (2.1)

где p_к − давление воздуха на впуске, МПа, при отсутствии наддува p_к=p₀ и _к=₀;  − коэффициент затухания скорости движения заряда, в рассматривае­мом сечении; _вп. − коэффициент сопротивления впускной системы, отне­сенной к наиболее узкому ее сечению; _вп. − средняя скорость движения за­ряда в наименьшем сечении впускной системы (как правило, в клапане или в продувочных окнах); _к и ₀ − плотность заряда на впуске соответственно при наддуве и без него.

По опытным данным в современных автомобильных двигателях на номи­нальном режиме (² + _вп.) = 2,5 … 4 и _вп = 50 … 130 м/с.

Плотность заряда, кг/м³, на впуске

; или , (2.2)

где R_в  удельная газовая постоянная воздуха

,

где R = 8314 Дж/(кмольград) − универсальная газовая постоянная; Т_к −тем­пература заряда на впуске, К, (при отсутствии наддува Т_к = Т₀).

Ориентировочно для четырехтактных ДВС без наддува p_а= (0,850,9)p₀, для четырехтактных с наддувом p_а = (0,90,96) p_к.

Коэффициент остаточных газов _r Величина коэффициента остаточных газов _r характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания и определяет относительное содержание их в горючей смеси.

Коэффициент остаточных газов для четырехтактных дизелей:

без учета продувки и дозарядки цилиндра

; (2.3)

с учетом продувки и дозарядки цилиндра

, (2.4)

где  − степень сжатия; T − температура подогрева заряда в процессе впуска;  − коэффициент очистки, _0r = 1…0 (при _0Ч = 1 продувка камеры сгорания не производится; в случае же _0Ч = 0 происходит полная очистка камеры сгорания от остаточных газов), принимаем _0r = 1; _доз − коэффициент дозарядки, _доз = 1.02…1.15, причем большие значения характерны для более высокооборотных двигателей. При отсутствии дозарядки _доз = 1; _t − коэффициент, учитывающий различие в теплоемкостях свежего за­ряда и остаточных газов (коэффициент неравенства теплоемкостей)

Значение коэффициента _t зависит от коэффициента избытка воздуха ₁ (табл. 2.1).

Таблица 2.1.

Значение коэффициента _t

Тип двигателя	Бензиновые двигатели				Дизели
Коэффициент избытка воздуха	0.8	1.0	1.2	1.4	1.5…1.8
Коэффициент	1.13	1.17	1.14	1.11	1.1

Ориентировочные значения _r для двигателей:

четырехтактных дизелей без наддува 0,03...0,06;

с наддувом 0,02...0,04;

четырехтактных карбюраторных при полном

открытии дроссельной заслонки 0,06...0,08.

Температура в конце наполнения Т_а. Температура Т_а определяется подог­ревом заряда от нагретых деталей двигателя T ,температурой остаточных газов T_r,и коэффициентом остаточных газов _r ,

, (2.5)

Температура в конце впуска без учета дозарядки цилиндра и неравен­ства теплоемкостей свежего заряда и остаточных газов:

. (2.6)

В современных четырехтактных двигателях температура в конце впуска Т_а изменяется в пределах:

для бензиновых двигателей 320…370 К;

для дизелей 310…350 К;

для четырехтактных двигателей

с наддувом (без промежуточного охлаждения) 320…400 К.

Коэффициент наполнения _V характеризует качество процесса впуска и представляет собой поправку, учитывающую отклонения условий внутри ци­линдра от условий на впуске в двигатель.

Д ля четырехтактных двигателей с учетом продувки, дозарядки цилиндра и неравенства теплоемкостей остаточных газов и свежего заряда:

(2.7)

Если пренебречь продувкой, дозарядкой и неравенством теплоемкостей, то _0r = _доз = _t = 1. Тогда

Коэффициент наполнения для автотракторных ДВС при работе на номи­нальном режиме находится в пределах:

для карбюраторных двигателей 0,70…0,90;

для дизелей без наддува 0,80…0,94;

для дизелей с наддувом 0,80…0,97.

При специально настроенных впускных системах значения _V могут дос­тигать до 1,0 и выше за счет использования инерционно-волновых явлений.